本文關(guān)鍵詞： 聲子晶體 聲超構(gòu)材料 聲共振腔 聲學(xué)定向麥克風(fēng) 含時(shí)聲學(xué)人工結(jié)構(gòu)材料 聲學(xué)單通 聲二極管　出處：《南京大學(xué)》2015年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：由于聲波應(yīng)用領(lǐng)域廣,聲學(xué)人工結(jié)構(gòu)材料(包括聲子晶體和聲學(xué)超構(gòu)材料)已經(jīng)成為當(dāng)今一個(gè)重要的研究領(lǐng)域。在此,針對(duì)基于聲學(xué)人工結(jié)構(gòu)材料的定向麥克風(fēng),含時(shí)聲學(xué)超材料以及基于含時(shí)聲學(xué)超材料的聲學(xué)單通器件這兩個(gè)子課題,本論文做了一些研究工作�；诼晫W(xué)人工結(jié)構(gòu)材料的定向麥克風(fēng),我們從一種昆蟲的聽覺結(jié)構(gòu)中得到啟發(fā),設(shè)計(jì)了一款基于聲學(xué)超材料(回廊結(jié)構(gòu))的聲信號(hào)增強(qiáng)器。該結(jié)構(gòu)可以在較低的頻段工作。我們采用近年來研究比較充分的一種回廊型超構(gòu)材料來模擬其在昆蟲體內(nèi)的類似結(jié)構(gòu),并且將聲學(xué)人工結(jié)構(gòu)材料的概念運(yùn)用在昆蟲聽覺器官的機(jī)理解釋上。回廊結(jié)構(gòu)(一種高折射率的超構(gòu)材料)與后端的腔體組合,可以實(shí)現(xiàn)低頻下聲波的局域,即聲信號(hào)的增強(qiáng)。腔內(nèi)聲波共振的中心頻率和帶寬可以通過回廊結(jié)構(gòu)的尺寸和腔體內(nèi)的損耗來調(diào)節(jié)。由于這種共振體系類似于經(jīng)典的亥姆霍茲共振腔,因而這是一種亞波長的信號(hào)增強(qiáng)器。我們分別在理論和實(shí)驗(yàn)上證明該器件在165Hz附近具有對(duì)聲信號(hào)的增強(qiáng)效果(10dB),而所采用結(jié)構(gòu)的大小僅為波長的三十分之一。我們結(jié)合超構(gòu)材料等效參數(shù)的概念提供了一種大致估算共振頻率的方法,并通過仿真結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證。該方法表明,我們所設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的共振頻率是可以通過針對(duì)頸部回廊結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)而有效調(diào)控的。將我們所設(shè)計(jì)的聲學(xué)放大結(jié)構(gòu)與后端的聲學(xué)麥克風(fēng)組裝在一起就構(gòu)成了一種新型定向麥克風(fēng)探測(cè)單元。與裸探頭陣列相比,由于前端結(jié)構(gòu)的選頻放大作用,使得在我們所設(shè)計(jì)的頻段,定向的信噪比和準(zhǔn)確度得到了提高。這樣一款設(shè)計(jì),不但為聲學(xué)超構(gòu)材料找到了一個(gè)新的應(yīng)用場(chǎng)所,同時(shí)提供了一種利用超構(gòu)材料的概念來理解昆蟲聽覺機(jī)理的新思路。聲學(xué)非對(duì)稱傳輸器件(非對(duì)稱聲波傳輸效應(yīng))在很多應(yīng)用場(chǎng)合是亟需的。這樣一種奇特的效應(yīng)可以通過多種途徑實(shí)現(xiàn),包括流動(dòng)介質(zhì)中的聲學(xué)塞曼效應(yīng),被動(dòng)非線性聲學(xué)系統(tǒng)中的頻率轉(zhuǎn)換以及主動(dòng)式聲學(xué)系統(tǒng)。在本文,我們證明了一種新型的時(shí)變系統(tǒng)中聲學(xué)頻率轉(zhuǎn)換過程。該時(shí)變系統(tǒng)包括一根旋轉(zhuǎn)的柱子以及其周圍的空氣。經(jīng)過時(shí)變系統(tǒng)散射的聲波會(huì)發(fā)生與柱子旋轉(zhuǎn)頻率線性相關(guān)的頻率移動(dòng)。這種散射效應(yīng)可以通過我們的線性時(shí)變微擾理論得到很好的解釋。將這樣一種時(shí)變散射效應(yīng)與高效的聲學(xué)帶阻濾波器相結(jié)合,我們成功設(shè)計(jì)出了一種音頻段的聲學(xué)非對(duì)稱傳輸器件。我們?cè)趯?shí)驗(yàn)上測(cè)得正反兩個(gè)傳輸方向能量的最大對(duì)比度為 20dB。在我們的系統(tǒng)中,時(shí)變介質(zhì)的概念也可以應(yīng)用于音頻之外的其它頻段。我們相信線性時(shí)變聲學(xué)散射效應(yīng)以及這種非定向傳輸器件的設(shè)計(jì)可以在諸如管中流速測(cè)試,聲學(xué)成像以及音頻信號(hào)處理等相關(guān)領(lǐng)域應(yīng)用。此外,時(shí)變聲學(xué)散射的作用機(jī)制與聲學(xué)動(dòng)態(tài)相位調(diào)制過程直接相關(guān)。換句話說,基于精確設(shè)計(jì)的聲學(xué)時(shí)變系統(tǒng),我們可以設(shè)計(jì)人工的動(dòng)態(tài)相位調(diào)制和等效的規(guī)范勢(shì)。
[Abstract]:This paper presents a novel directional microphone detector based on acoustic artificial structural material .

【學(xué)位授予單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TB39

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